مع تزايد اعتماد أنظمة الطاقة الحديثة على الأحمال غير الخطية، أصبح التشوه التوافقي الكلي في التيار (THDi) عاملاً حاسماً في ضمان جودة الطاقة وإطالة عمر المعدات. في هذه المقالة، نستكشف ماهية التشوه التوافقي الكلي في التيار، وأسبابه، وتأثيراته على المعدات، وكيفية الحد منه باستخدام تقنيات ترشيح التوافقيات المتقدمة.

1. ما هو THDi؟

THDi هو اختصار لـ "التشوه التوافقي الكلي للتيار". يُستخدم لقياس درجة التشوه في شكل موجة التيار في نظام الطاقة، ويمثل نسبة التيار التوافقي الكلي إلى التيار الأساسي، ويُعبر عنها عادةً كنسبة مئوية.

وفقًا للمعيار الوطني GB/T 14549-93:

الشبكات العامة: THDi < 5%

شبكات الجهد العالي (>10 كيلو فولت): THDi < 4%

الأنظمة الصناعية: THDi < 5%

الأنظمة السكنية: THDi < 3%

الأنظمة المتطورة (مثل تخزين الطاقة): يمكن أن تكون THDi أقل من 3%

2. المصادر الرئيسية للتشويه التوافقي تنشأ THDi بشكل رئيسي من الأحمال غير الخطية - وهي الأجهزة التي لا تتبع فيها علاقة الجهد والتيار قانون أوم. تسحب هذه الأجهزة تيارات غير جيبية حتى عند جهد جيبي، مما يُنتج توافقيات عند مضاعفات التردد الأساسي.

وتشمل الأمثلة الرئيسية ما يلي:

أجهزة تبديل أشباه الموصلات (الثنائيات، الثايرستورات، IGBTs): تسبب أشكال موجية نبضية أو مقطوعة، مما يؤدي إلى التوافقيات ذات الدرجة الأعلى.

شواحن صناعية مع تصحيح :تنتج مقومات 6 نبضات THDi >30%، مع التوافقيات الخامسة والسابعة والحادية عشرة والثالثة عشر. تعمل مقومات 12 نبضة على تقليل THDi إلى 8-10% ولكنها لا تزال تتطلب الترشيح.

3. تأثيرات ارتفاع THDi على المعدات

1. ارتفاع درجة حرارة المحول وانخفاض تصنيفه تزيد التيارات التوافقية من خسائر التيار الدوامي والنحاسي والضالة في المحولات. يشتد تأثير الطبقة الخارجية، مما يؤدي إلى ارتفاع درجة الحرارة ويتطلب خفض التصنيف (عادةً بنسبة 15-20%). يؤدي ارتفاع درجة الحرارة على المدى الطويل إلى شيخوخة العزل وتقليل عمره الافتراضي.

2. رنين المكثف وخطر الانفجار للمكثفات مفاعلة تعتمد على التردد. التوافقيات عالية الرتبة (مثل الحادية عشرة) قد تسبب رنينًا وارتفاعًا مفاجئًا في التيار. تُظهر البيانات الواقعية ارتفاعًا في التيار التوافقي يتراوح بين 1.3% و39%، مما يؤدي إلى زيادة جهد المكثف واحتمالية انفجاره.

3. تدهور عزل الكابلات تُعزز التوافقيات تأثير السطح وتُضاعف تسخين الكابل. ترفع التوافقيات الثالثة المتراكبة في الأنظمة غير المتوازنة تيار الخط المحايد إلى ثلاثة أضعاف تيار الطور، مما يزيد من مخاطر التفريغ والقصر الكهربائي والحرائق.

4. تشوه الجهد وعطل المعدات عندما يتجاوز THDi 15%، يزداد تشوه الجهد (THDu)، مما يؤثر على أنظمة التحكم الدقيقة والإلكترونيات الحساسة.

4. تدابير التخفيف التوافقية الفعالة

1. الترقية إلى مقومات ذات 12 نبضة يؤدي استبدال مقومات الستة نبضات إلى تقليل THDi من 30-40% إلى 8-12%.

2. تصحيح معامل القدرة (PFC) يمكن لدوائر PFC النشطة في الشواحن وأجهزة إمداد الطاقة قمع التوافقيات الخامسة والسابعة، مما يحقق THDi <5%.

3. مرشحات الطاقة النشطة (APF) تكتشف مرشحات APF التوافقيات آنيًا وتحقن تيارات التعويض. بفضل زمن استجابة أقل من 5 مللي ثانية وكفاءة قمع 95%، تغطي هذه المرشحات التوافقيات من الثاني إلى الخمسين. وعند دمجها مع مرشحات LC السلبية، يمكنها إزالة التوافقيات الحادية عشرة والثالثة عشرة بفعالية، مما يجعلها مثالية لحماية المحول.

5. سيناريوهات التطبيقات في العالم الحقيقي

لقد أدت حلول الترشيح التوافقي الخاصة بنا، عند نشرها مع شواحن EverExceed الصناعية، إلى تحسين جودة الطاقة بشكل كبير في البنية التحتية الرئيسية:

مراكز النقل (محطات القطارات السريعة والمترو)

المرافق البلدية ومحطات الكهرباء الفرعية

أنظمة الإضاءة ومحطات التحويل في محطات الطاقة

وفي هذه النشرات، ارتفعت معدلات تأهيل الجهد من 75% إلى 99%، كما انخفض الضرر الذي يلحق بالمكونات بسبب عدم استقرار الجهد بنسبة 90%.

الخلاصة: لماذا تُعدّ إدارة THDi مهمة؟ THDi ليس مجرد معيار فني، بل هو مؤشر أساسي لسلامة نظام الطاقة. يحمي التخفيف التوافقي الاستباقي معداتك، ويحسّن كفاءتها، ويضمن استقرار التشغيل.

تقدم EverExceed حلول ترشيح توافقية متطورة مصممة خصيصًا للتطبيقات الصناعية. تواصل معنا اليوم لمعرفة كيف يمكننا مساعدتك في تحسين أنظمة الطاقة لديك لتحقيق الأداء والسلامة والموثوقية.